物理层的基本概念
现有的计算机网络中的硬件设备和传输媒体的种类繁多，而通讯方式也有许多不同的方式。物理层的作用正是要尽可能地屏蔽掉这些传输媒体和通讯手段的差异，考虑的是怎祥才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流；为数据链路层屏蔽了各种传输媒体的差异，使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么
数据通信的基础知识
数据通信系统的模型
- 数据通信系统
- 源系统（发送端、发送方）
- 源点（source） 源点设备产生要传输的数据，又称源站、信源
- 发送器（transmitter） 源点产生的数字比特率要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。如调制器
- 传输系统（传输网络）
- 可能是简单的传输线，也可以是链接数据通信系统和目的系统之间的复杂网络系统
- 目的系统（接收端、接收方）
- 接收器（receiver） 接收传输系统传送过的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。如解调器
- 终点（destination） 终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出
- 源系统（发送端、发送方）
- 常用术语
- 基带信号（即基本频带信号)：来自信源的信号
- 编码：对基带信号的波形进行变换，把数字信号转换为另一种形式的数字信号，使它能够与信道的特性相适应
调制：使用载波（carrier）进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输
常用编码方式
不归零编码
- 正电平代表1，负点平代表0
- 需要额外一根传输线来传输时钟信号，使发送方和接收方同步。
- 对于计算机网络，宁愿利用这跟传输线传输数据信号，而不是传输时钟信号（找不到数据信号的定义，知道数据信号的童鞋麻烦告知。本人觉得此处应该是模拟信号，而不是数据信号）
- 归零编码
- 正脉冲代表1，负脉冲代码0
- 每个码元传输结束后信号都要 “归零”，所以接收方只要在信号归零后进行采祥即可不需要单独的时钟信号
- 实际上，归零编码相当于把时钟信号用“归零”方式编码在了数据之内，这称为“自同步”信号。
- 但是，归零编码中大部分的数据带宽，都用来传输“归零”而浪费掉了
- 曼彻斯特编码
- 位周期中心的向上跳变代表0，为周期中心的向下跳变代表1。也可反过来
- 码元中间时刻的跳变既表示时钟，又表示数据。
差分曼彻斯特编码
使用基本调制方法，1个码元只能包含1个比特信息
正交振幅调制QAM（Quadrature Amplitude Modulation）
- 因为频率和相位是相关的， 即频率是相位随时间的变化率． 所以一次只能调制频率和相位两个中的一个。
- 通常情况下，相位和振幅可以结合起来一起调制，称为正交振幅调制QAM.。
- 12种相位
- 每种相位有1或2种振幅可选
- 可以调制出16种码元（波形），每种码元可以对应4个比特
码元与4个比特的对应关系采用格雷码 任意两个相邻码元只有1个比特不同
信道的极限容量
奈氏准则
- 在假定的理想条件下， 为了避免码间串扰， 码元传输速率是有上限的。
- 理想低通信道的最高码元传输速率＝2WBaud= 2W码元/秒
- 理想带通信道的最高码元传输速率＝WBaud = W码元/秒
- W:信道带宽（单位为Hz) Baud:波特， 即码元/秒）
- 码元传输速率又称为波特率、 调制速率、 波形速率或符号速率． 它与比特率有一定关系；
- 当1个码元只携带1比特的信息量时，则波特率（码元/秒)与比特率（比特/秒)在数值上是相等的；
- 当1个码元携带n比特的信息量时，则波特率转换成比特率时， 数值要乘以n
- 要提高信息传输速率（比特率），就必须设法使每一个码元能携带更多个比特的信息量。 这需要采用多元制。
- 实际的信道所能传输的最高码元速率， 要明显低于奈氏准则给出的这个上限数值
- 香农公式
- 带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的衱限信息传输速率
- 信道带宽或信道中信噪比越大，信息的极限传输速率越高。
- 在实际信道上能够达到的信息传输速率要比该公式的极限传输速率低不少。 这是因为在实际信道中，信号还要受到其他一些损伤， 如各种脉冲干扰、 信号在传输中的衰减和失真等 这些因素在香农公式中井未考虑。
- 在信道带宽一定的情况下， 根据奈氏准则和香农公式， 要想提高信息的传输速率就必须采用多元制（更好的调制方法）和努力提高信道中的信噪比。
自从香农公式发表后，各种新的信号处理和调制方法就不断出现， 其目的都是为了尽可能地接近香农公式给出的传输速率极限。
传输媒体
导引型传输媒体
- 同轴电缆
- 双绞线
- 光纤
- 电力线
- 同轴电缆
- 非导引型传输媒体（了解）
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